■ 文/海南省海口市公安局特警支队 卢英俊

关键字：警用无人机 飞行风险 安全飞行

1 引言

警用无人驾驶航空器（英文：Police Unmanned Aircraft）是公安机关装备的、适合执行警务任务的、没有机载驾驶员操控的航空器，包括自主航空器和遥控驾驶航空器，不包括航空模型、无人驾驶自由气球、系留气球，以及特殊警务需求的航空器等。当前，世界上先进的无人机主要用于军事领域，多用于军事侦察、观测和高危攻击任务。警用无人驾驶航空器系统（Police Unmanned Aircraft System）由警用无人驾驶航空器及其相关控制站（台）、所需指挥与控制链路等组成。随着性能的提高，系统越复杂，发生故障的概率就越大。

无人机雏形早在1914 年就已出现。第一次世界大战期间，各国在武器研究方面提出了许多独特且新奇的理念，其中英国的卡德尔和皮切尔两位将军提出了一种利用无线电遥控的小型无人飞行器在敌方目标上空投掷炸弹的想法。随着技术发展，军用技术外溢和成本下降，无人机在各领域得到迅猛发展与应用，警务航空飞行活动日益增多，且飞行环境日趋复杂，航区内的安全飞行日益困难，威胁日趋增多。例如，陆地有城市密集区，也有云雾缭绕的崇山峻岭，海上有钻井平台、海港码头等，空中有军用飞机、客机、货机、私人飞机、飞艇等。警用无人机在不同场景中执行警务航空飞行任务，若飞行中一旦出现故障将导致不同程度的经济损失及人员伤亡，飞行安全隐患涉及航空安全、公共安全和国家安全。无人机在航空起降、飞行全过程中都可能出现故障，从而引起不同程度的损失，特别是大中型警用无人机的运行更是人们高度关注的风险领域。

2 警用无人机安全飞行风险及其影响因素

风险评估是指事故发生前后，利用科学的计算方法和模型将该事故产生的后果及对各方面造成的影响进行相应的量化评估。最早的航空风险评估记录出现在1964年关于航空器碰撞风险评估研究中，英国的 Reich 教授从纵向、侧向和垂直方向对大洋上的平行航路进行了碰撞风险评估建模，发表了“关于间隔标准的空中交通系统分析 ”。

总体而言，无人机出现故障的原因可以归纳为以下两个方面：一是由外部因素引起的事故，主要包括外部环境、其他设备或人为因素等影响无人机安全飞行，如通信干扰、飞鸟撞击、空中障碍物、任务规划不合理造成的安全风险。二是内部因素引起的事故，主要包括机载设备故障对无人机安全飞行造成影响，如发动机停转、执行机构故障、通信链路故障、机载传感器故障等。

美国人在《2005～2030年无人机路线图》中对无人机飞行故障进行了大量归纳和统计，并阐述了故障原因。结果表明，无人机因内部因素造成的事故主要来自飞行控制系统、推进系统、操控和通信系统，其中来自飞行控制系统、推进装置和操控人员三方面的故障占无人机总故障的80%。美国无人机事故统计数据显示，推进装置故障占37%，操控人员造成的故障占17%，通信系统故障占11%，其他故障占9%。

3 外部风险预测概述

警用无人机外部风险是指影响安全飞行的外部因素所产生的安全隐患。其影响因素包括无人机数据链系统安全、无人机空中碰撞、环境适应性条件和人为因素等。在此，主要阐述环境适应性条件、人为因素、无人机电磁干扰和地磁紊乱风险的研究现状。

3.1环境适应性因素

警用无人机飞行安全受到风、雨、雷电、高低温、沙尘、腐蚀等因素影响，为开展安全性测试，需要建立模拟不同环境条件的地面测试环境，因此有必要通过分级分析，开展警用无人机安全性等级划分方法探讨。

警用无人机飞行安全测试应针对风环境试验开展飞行测试。通过地面模拟持续风场、瞬间风场、紊乱风场等飞行测试（分短时间、持久性、操纵性测试）检验无人机的抗风能力。

警用无人机飞行安全测试应针对雨环境开展飞行测试和时间积累测试。通过地面模拟适用于旋翼无人机飞行测试，建立地面模拟淋雨环境，测试旋翼无人机在小雨及中雨环境中悬停飞行持久能力、升降和盘旋操纵能力。巡航时间测试适合于所有类型的警用无人机，实施不同时长淋雨，淋雨后测试舵面反应、系统反应、通信反应等无人机操控响应和防雨等级。

警用无人机飞行安全测试应针对雷电条件实施飞行测试和静态雷电飞行测试两种测试。地面模拟雷电条件下的飞行测试仅适用于旋翼无人机，主要测试旋翼无人机在雷电条件下的悬停飞行持久能力、升降、盘旋操纵能力及通信能力。静态雷击飞行测试则适用于所有无人机类型，通过实施地面停放状态下的雷击试验，检测试验结束后的舵面反应、系统反应、通信反应等无人机操控反应。此外，旋翼无人机还应进行原地飞行验证，测试无人机雷击后的悬停能力、升降和盘旋操纵能力及通讯能力。

严酷的高低温环境会影响无人机的电子和机械元件的可靠性。因此，需要建立模拟高低温和交变温的地面场环境，开展模拟寒冷和高温环境条件下的无人机飞行测试和时间积累测试。旋翼无人机适合该项测试，在模拟高低温试验场中开展悬停飞行测试、升降和盘旋操纵测试、持久飞行测试及通讯测试。时间积累测试适用于所有类型的无人机，将无人机置于高低温试验场地面，开展高温、低温、高低温交变温度场时间积累测试，结束后测试无人机的操纵响应能力和通讯链路能力测试评估。旋翼无人机也可开展原地悬停飞行测试、升降和盘旋操纵测试、持久飞行测试等相关测试。

沙尘可对转动机件的可靠性产生不良影响。因此，应在地面打造模拟沙暴、沙尘环境，模拟沙暴（沙漠）和沙尘（工地）条件下的无人机飞行测试和时间积累测试。旋翼无人机适合该项测试，在模拟沙暴、沙尘试验场中开展悬停飞行测试、升降和盘旋操纵测试、持久飞行测试等。时间积累测试适用于所有类型无人机，置无人机于模拟沙暴、沙尘试验场中，开展沙暴、沙尘时间积累测试，结束后测试无人机的操纵响应能力。旋翼无人机还可开展原地悬停飞行测试、升降和盘旋操纵测试、持久飞行测试等。

腐蚀环境将严重影响无人机电子元器件、金属部件的完好率、可靠性和使用寿命，也是影响无人机产品寿命的关键因素。因此，应模拟高湿、腐蚀、霉菌等使用环境开展无人机高湿、腐蚀、霉菌情况下的时间积累测试。时间积累测试适用于所有类型无人机，置无人机于腐蚀环境的试验场中，开展高湿、腐蚀、霉菌时间积累测试，结束后测试无人机的操纵响应能力、检查部件完好性、整机完好性和系统（含通信链路等）完好性。旋翼类无人机还将开展原地悬停飞行测试、升降和盘旋操纵测试、持久飞行测试等。

3.2 人为因素

从飞行事故统计结果中可以发现，导致无人机失事的因素中有2/3是由于人员的操作或检查不当造成。因人为因素的不可控性，导致除了在最直接的驾驶层面，更有维修人员与空中交通指挥人员的操作判断不当等问题，致使发生飞行事故。

对每一位机组人员而言，安全责任感的匮乏、操作技能的缺失、人机交互欠缺，以及对作业环境、操作及各项判断的失误，在经验与心理层面上的不足，甚至由于疾病与精神恍惚等突发问题都可能成为影响飞行安全的人为因素。

空中交通管制层面，作为警用无人机飞行时的全面调度人员，由于其信号失误，语言问题，甚至包括对当时作业情况的判断失误都会为航空安全带来不利的人为影响。

对于地面工作人员而言，在警用无人机的检修过程中，无论是在起飞前的例行检查还是在飞机的维护与保养中，都与飞机能否平稳安全起飞与降落有着密不可分的关联。

3.3 电磁兼容性因素

导航系统作为警用无人机飞行过程中的“引路人”，对其飞行安全有着极为重要的作用。警用无人机通过警用特殊频率依靠通信链路与地面站遥相呼应，当然也存在部分警用无人机使用民用无人机频率的情况。警务飞行环境中存在复杂的射频干扰，更有甚者可能出现恶意的人为干扰，人为干扰将给无人机造成严重的飞行安全隐患，能否有效抵御人为恶意干扰是无人机安全飞行的重要保障。

电子罗盘作为无人机产品的重要组成部件，以地磁场作为指北的参考依据，承载着为无人机引导绝对方位的功能。对于旋翼类无人机而言，电子指北针元件是关键部件，对无人机的稳定飞行起着重要作用。在实际使用过程中，钢铁制船舶、建筑、含铁量较大的山体都可能会引起周边环境地磁紊乱，进而影响无人机电子罗盘正常工作。

3.4 管理因素

飞行安全的要点之一是避免无人机空中碰撞。警用无人机是否可以与其他航空器共享同一空域，以及能否在存在变化的不确定环境中安全执行任务，这些都由管理要素决定。上世纪90年代初期，我国警用航空初见雏形，国务院办公厅、中央军委办公厅于2003年8月正式批准发展警用航空。2004年1月，公安部成立警用航空办公室（以下简称公安部警航办）履行全国警用航空管理职能。公安部警航办坚持“条块结合，以块为主”的管理体制，对警用无人驾驶航空器实行规范化管理、有序保障了飞行安全，具体涉及到的管理因素主要包括警用无人机驾驶员、使用单位、管理机构等。

警用无人机作为国家航空器，为切实提高其规范化管理水平，公安部警航办制定了警用无人机外观制式涂装、适航管理、警务应用等制度标准，以确保各项法规制度落到实处。为加强警用无人机队伍建设，提高飞行技术水平，增强守法意识，警用无人机驾驶员必须进行无人驾驶航空器相关理论、操作技术、法律规范等方面的培训，并在培训合格之后授予其相应警用无人驾驶航空器的飞行执照。

4 内部风险预测概述

“内部”是指警用无人机系统的组成部分。无人机系统内部因素引起的故障及处理包括故障检查和预测。航空器的故障诊断技术一般分为三种：基于分析航空器模型的方法、基于航空器地面站信号处理的方法和基于航空器相关知识的方法。

近年来，无人机安全监控与健康管理系统的概念被进一步提出，其功能主要包括航空数据采集、分析、故障检测与隔离、故障预测分析、飞行安全评估与预测等，可为无人机安全飞行提供辅助决策，并将机载信息传输给地面测控系统进行故障诊断及预测。

4.1飞机性能诊断

影响无人机性能最重要的因素就是其自身质量问题。从一些统计数据中我们可以看出，无人机的飞行事故中有四成左右是由于飞机自身损坏引起的。无论是动力系统性能或零件故障，还是在起降时的起落架失控，亦或是在飞行过程中与地面通讯中断等，都可能因为飞机自身零件的质量问题造成不必要的安全事故发生。因为操作或机器故障导致的飞行器没有按照既定运行轨迹或起落方式突然坠地，被航模圈称为“炸机”，即因为使用者的操作失误或是机器本身的内部零件原因，导致坠地后损伤较为严重，影响了内部结构，无法继续执行飞行任务。

4.2无人机地面故障诊断

航模或无人机的故障诊断技术至今经历了三个重要发展阶段。最初阶段是依赖该领域专家通过眼看、手摸等感官判断，同时根据大量的维修经验对信息进行简单的处理，这样全凭经验的检测方法显然不能满足越来越复杂的故障原因及更高的故障排查要求。第二阶段，大量的传感技术与动态测试技术使得动态监测与建模方法有机结合起来，并通过电信号进行现在工程业中广泛使用的诊断。第三阶段，随着计算机技术的普及和爆发式发展，以及人工智能技术的出现与应用，更复杂的诊断系统通过信号、建模与知识三者的统一融合发展到了现在的智能诊断技术阶段。

4.3无人机空中安全监控与辅助决策

近年来随着无人机的快速发展，特别是对大中型无人机安全操控系统的迫切需求，无人机飞行控制、操控决策支持及故障分析等技术应运而生，是专家系统和决策支持系统在无人机领域的应用。目前美、以等国家高度重视无人机飞行操控技术，军方专门投入资金和人力开展研究，以期解决“捕食者”无人机操控过程中出现的低可靠性和高事故率。据公开信息显示，美军已在这方面取得较大进展。与国外相比，我国无人机产业虽然起步较晚，但经过几十年的努力，也取得了显著成就，自主研发了多种型号的无人机，实现了快速发展。同时，我国相关科研人员在提高无人机操控水平及可靠性，降低事故率等方面已开展不同程度的研究并取得了一定进展。

5 警用无人驾驶航空器安全飞行管理总结

警用无人驾驶航空器的飞行不同于地面交通，航空器自身质量问题、飞行员操作问题、空中气象环境和飞行保障环节等各种因素都会干扰或影响航空器的正常飞行，甚至会危及无人机的飞行安全或地面人员、财产安全。因此，如何对无人机的飞行活动实施有效的安排、协调与控制，以使其飞行安全水平处于人们可接受的阈值范围，一直是航空器问世以来人们关注与研究的重点。

5.1警用无人驾驶航空器及其设备的质量管理

警用无人驾驶航空器飞行管理通常包括航空器及其设备的质量管理，亦称航空器及其设备的适航管理。航空器适航性是指在预期使用环境中和经申明并被核准的使用限制之内运行时，航空器的安全性和物理完整性(包括其部件和子系统、性能和可操作性)。

警用无人驾驶航空器适航管理就是由国家航空管理当局对航空器的设计、生产、使用和维修等制定适航标准，规定或审定发证及实施检查、监督，使航空器及其设备在航空器有限的运行生命期内始终符合适航标准。符合适航标准的航空器是保障民用航空安全的重要前提。

5.2 警用无人驾驶航空器飞行环境建设管理

警用航空器飞行环境建设管理就是营造安全、高效的飞行环境，即基于确保飞行安全的高度，从飞行便利化的角度创造、选择和改善飞行环境，使其满足航空器飞行的安全需要。航空器飞行环境安全管理主要包括机场的选址、设计与建设，空域(包括航路)的规划与设计，确保航空任务期间的通信、导航、监视、气象监测、预报设施设备的布局、规划与建设，与航空器安全运行相关的法规制度建设，与航空器安全运行相关的组织体制的设计、建立与改革，以及保障飞行的航空气象监测、预报工作的组织与实施。

5.3警用无人驾驶航空器飞行的人为因素管理

警用无人驾驶航空器飞行的人为因素管理是指在分析研究原因条件和环境分析基础上，对涉及飞行安全的各种人为因素采取有针对性的可行措施，进而使影响飞行安全的原因消除在萌芽状态，确保航空器飞行安全。根据航空器飞行全过程涉及的人员要素，航空器飞行人为因素管理主要是针对飞行人员、机务维护人员、航空管制人员和各种勤务保障人员。警用航空管理工作通常是发现问题、分析原因、采取措施、督促落实，即首先对各种人群所涉及的航空器飞行工作进行人为差错列举分析，接着进行人为错误原因分析，针对分析原因，发现偏差，及时纠正。对带有普遍性、全局性和程序性的问题，必须通过制定相关法规制度和规则章程促使相关人员在航空器飞行工作中严格按章办事，杜绝人为差错的发生。

5.4警用无人驾驶航空器飞行的组织运行管理

航空器飞行的组织运行管理是指在组织实施航空器飞行的全过程中，本着合理规划、科学控制、提高效率、确保安全的思想，利用各种先进管理工具，对航空器飞行全过程中的组织实施行为进行科学有效的安排，制定完备的航空器飞行计划，安排适于控制航空器飞行的进度和质量。

完成飞行任务的飞行人员组织检查保障飞行的设施、设备和人员工作状态，协调涉及航空器飞行的各类人员的工作，检查并监督所有人员严格执行安全规定，及时发现并纠正航空器飞行中的事故征候和工作偏差，督促所有参与航空器飞行的人员严格按照批准的飞行计划实施，保证航空器飞行计划安全、顺利施行。其目的是保证航空器飞行能够安全、顺利地组织实施，并保质保量完成预计飞行任务。航空器飞行的组织运行管理指导思想是积极稳妥、安全第一。航空器飞行组织运行管理的主要内容包括航空器飞行资源管理、安全管理、飞行人员管理、航空器安全维修质量管理和飞行保障管理等。

6 结语

为满足当下立体化社会治安需求，利用警用无人机更好的机动性，通过更加智能的管理系统，更加有效的调控，在系统平台中实现更加全面，更加立体的实时监控，大大拓展了监控范围，将监控延伸到了传统监控所不能涉及的监控区域。除了能在日常生活中进行监控与巡逻外，警用无人机还能够代替民警进行更为隐蔽，更为主动的跟踪活动。在无人机的不断发展中，无论是消防部门还是交通部门都能够通过无人机进一步提升公共安全领域工作效能。无论是在救援、追踪还是取证等任务中，都能够在统一的无人机调度平台的帮助下，更好地维护社会治安与稳定，维护人民的生命财产安全。在警用无人机的帮助下，警务工作也能够进一步提升效能，并在日常工作中不断提升警用无人机的作战能力，其更能够反哺于无人机产业，完成双向有效发展。